空化的案例
流體動(dòng)力空化：機(jī)制和應(yīng)用
作者Cadence CFD 解決方案
關(guān)鍵要點(diǎn)
流體動(dòng)力空化是流體介質(zhì)在非常低的壓力下的破裂。
流體動(dòng)力空化涉及三種機(jī)制：成核、氣泡生長(zhǎng)和氣泡內(nèi)爆。
流體動(dòng)力空化用于聚合和解聚、微生物細(xì)胞破碎和脂肪酸水解。
渦輪機(jī)是水動(dòng)力空化應(yīng)用的一個(gè)例子
我們使用各種機(jī)器來(lái)引起流體的壓力和速度變化。這些機(jī)器的一些常見示例是渦輪機(jī)、螺旋槳、泵和軸承。在這些機(jī)器中，只要機(jī)器中使用的流體經(jīng)歷壓力和速度波動(dòng)，就會(huì)發(fā)生氣蝕。流體動(dòng)力空化是當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)域在流體裝置中發(fā)展并形成蒸汽空腔時(shí)發(fā)生的一種空化。
空化
泵、軸承和螺旋槳都使用與其運(yùn)行相關(guān)的流體。每當(dāng)流體的壓力和速度波動(dòng)時(shí)，流體中就會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象。在空化中，壓力在恒定的環(huán)境溫度下下降到較低水平。
空化是一種兩相流體流動(dòng)現(xiàn)象。通常，使用自由流空化數(shù)來(lái)描述空化。該數(shù)字是流體流動(dòng)的靜壓頭與其動(dòng)壓頭之比。
有趣的事實(shí)： 當(dāng)在山頂使用水壺時(shí)，氣穴現(xiàn)象是在較低溫度下煮水的原理的背后原因。
氣蝕類型
空化用于廢水處理、藥物輸送、巖石切割、鋼板切割、船用螺旋槳和閥門等。通常，空化包括氣泡或空腔的產(chǎn)生、生長(zhǎng)和快速破裂。空腔的坍塌會(huì)引起諸如高剪切力、極端溫度、沖擊波、湍流和流體中的極端壓力等影響。
在四種類型（粒子、光學(xué)、超聲波、流體動(dòng)力）中，后兩種類型的空化被廣泛使用。
超聲波空化 -超聲波空化是由于超聲波在流體中傳播引起的壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的。超聲空化有時(shí)稱為聲空化。
流體動(dòng)力空化 -在流體動(dòng)力空化中，運(yùn)動(dòng)中的流體在速度剖面上發(fā)生快速變化，這會(huì)導(dǎo)致局部壓降。
展開 改良楔形葉片旋轉(zhuǎn)空化器水動(dòng)力學(xué)特性數(shù)值模擬分析
摘 要:［目的］旋轉(zhuǎn)空化器是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉片在水中產(chǎn)生超空泡來(lái)滿足不同工程實(shí)際應(yīng)用需求，有必要對(duì)葉片形狀進(jìn)行改良設(shè)計(jì)以提高其工作性能，探究葉型改良對(duì)空化器水動(dòng)力學(xué)特性的影響。［方法］首先，針對(duì)旋轉(zhuǎn)空化器楔形葉片的原始葉型進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，建立葉片改型前、后旋轉(zhuǎn)空化器的三維幾何模型；然后，基于 ANSYS Fluent 軟件對(duì)原始葉型和改良葉型空化器在不同轉(zhuǎn)速下的自然空化流場(chǎng)開展數(shù)值仿真計(jì)算；最后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)二者的水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行對(duì)比分析。［結(jié)果］結(jié)果顯示，相比原始葉型，改良葉型產(chǎn)生的空泡除存在于葉片出口邊外，還可以存在于副進(jìn)口邊，這兩部分的空泡會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而逐漸連接成一個(gè)整體，因而改良葉型空化器產(chǎn)生的空泡尺寸更大，產(chǎn)生的自然空化更強(qiáng)；改良葉型在葉根處產(chǎn)生的空化效應(yīng)較強(qiáng)，而原始葉型在葉尖處產(chǎn)生的空化效應(yīng)更強(qiáng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，改良葉型產(chǎn)生的空泡會(huì)與旋轉(zhuǎn)空化器裝置的四周壁面接觸，導(dǎo)致空泡尾部形態(tài)沿半徑呈直線型變化。［結(jié)論］所做研究可為旋轉(zhuǎn)空化器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供重要參考。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)空化器；水動(dòng)力學(xué)特性；改良葉型；自然空化；數(shù)值模擬
0 引 言
空化現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于船舶螺旋槳上，由該現(xiàn)象所帶來(lái)的噪聲、振動(dòng)和空蝕破壞等負(fù)面影響對(duì)船舶性能提出了巨大挑戰(zhàn)[1]，如何使空化現(xiàn)象穩(wěn)定可控，已成為眾多學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)伯努利方程，當(dāng)物體在水下以足夠高的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其周圍流體的局部壓力會(huì)下降，當(dāng)降至飽和蒸汽壓以下后，流體會(huì)發(fā)生汽化從而產(chǎn)生空化。隨著物體速度的進(jìn)一步增大，空化區(qū)域（空泡）將擴(kuò)大從而形成包裹物體的超空泡[2]。
展開 論文推薦 | 基于泵噴整流機(jī)理的螺旋槳空化抑制研究
當(dāng)螺旋槳周圍流體的壓強(qiáng)降低到水的飽和蒸氣壓以下時(shí), 將會(huì)出現(xiàn)空化現(xiàn)象[1-6]。空化現(xiàn)象產(chǎn)生的空化氣泡隨著水流進(jìn)行運(yùn)動(dòng), 當(dāng)遇到高壓區(qū)或障礙物后會(huì)產(chǎn)生潰滅, 其特殊的內(nèi)爆特性使其潰滅時(shí)產(chǎn)生巨大的能量。空化氣泡的潰滅會(huì)對(duì)水下螺旋槳推進(jìn)器產(chǎn)生一系列的危害, 比如導(dǎo)致螺旋槳加速腐蝕、加劇推進(jìn)器的振動(dòng)、提高水動(dòng)力噪聲等。
溫亮軍[7]和齊江輝[8]等通過(guò)改變槳葉側(cè)斜、縱傾角以及槳葉剖面等參數(shù)來(lái)研究螺旋槳空化性能, 發(fā)現(xiàn)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)槳葉剖面可以有效減少槳葉的空泡面積, 提高螺旋槳抗空化能力。李生[9]和彭云龍[10]等分別對(duì)帶有前置或后置定子的螺旋槳所建立的空化模型進(jìn)行空化特性數(shù)值分析, 發(fā)現(xiàn)空化數(shù)小于3時(shí), 空化區(qū)域?qū)⒖焖贁U(kuò)散到整個(gè)槳葉面, 螺旋槳的推進(jìn)效率逐漸降低。有學(xué)者利用大型空化水槽對(duì)螺旋槳空化噪聲的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行研究, 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了標(biāo)度法可有效預(yù)測(cè)螺旋槳空化噪聲[11-13]。Yilmaz等[14]利用自適應(yīng)網(wǎng)格法對(duì)名為The Princess Royal的船用螺旋槳葉尖渦空化起始和消失進(jìn)行研究, 采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computational fluid dynamics, CFD)方法, 針對(duì)特定參數(shù)的螺旋槳進(jìn)行空化試驗(yàn)以驗(yàn)證仿真數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性, 但并未對(duì)空化起因與抑制空化方法進(jìn)行深入研究。以上研究的出發(fā)點(diǎn)均基于研究螺旋槳參數(shù)特性來(lái)優(yōu)化水動(dòng)力性能, 以達(dá)到抑制空化的目的, 抑制效果不理想。
空化氣泡從產(chǎn)生到潰滅的時(shí)間很短, 在復(fù)雜流場(chǎng)結(jié)構(gòu)中很難清楚地觀察到流場(chǎng)內(nèi)部情況, 使得螺旋槳的空化流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及空化氣泡的動(dòng)力學(xué)性能存在盲區(qū)。CFD是一種以計(jì)算機(jī)計(jì)算為基礎(chǔ), 對(duì)流體傳質(zhì)傳熱等現(xiàn)象進(jìn)行分析的方法[15-17]。
展開 空化與空泡——從燒開水到超空泡
其實(shí)你天天可以看到空化產(chǎn)生空泡，那就是燒開水，在一個(gè)大氣壓環(huán)境中，當(dāng)溫度達(dá)到100度，水突然一起變成水汽，形成大量的空泡，這就是一種空化現(xiàn)象。
喜馬拉雅山峰上燒開水的溫度，請(qǐng)看下圖。喜馬拉雅的只有0.3大氣壓，對(duì)應(yīng)的水的飽和蒸氣壓是70度，所以在70度水就可以燒開了。
如果你要在室溫20度看到水被燒開，將水裝到一個(gè)密閉容器里抽真空，等氣壓降低到0.023個(gè)大氣壓，保證你可以看到在室溫水就開了。只是在一般情況下，無(wú)法產(chǎn)生這么低的壓強(qiáng)，所以你看不到常溫的江河的水自己沸騰變成空泡。
燒開水有兩種方法——加溫、降壓。
不同溫度下的飽和蒸氣壓（水可以燒開的壓強(qiáng)）
第三個(gè)問(wèn)題
水中航行體的空化與空泡
其實(shí)你不想知道如何燒開水，你問(wèn)的是：水中螺旋槳空泡、水中的高速超空泡等是如何產(chǎn)生的呢？既沒(méi)有把海水燒開，也沒(méi)有給大海抽空降低壓強(qiáng)啊,我們又如何解決水中航行體的空化產(chǎn)生空泡的問(wèn)題。
水中螺旋槳產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)空泡
水翼空化產(chǎn)生空泡
這些空泡很麻煩，會(huì)降低螺旋槳和水翼的推進(jìn)能力。空泡由無(wú)數(shù)個(gè)小泡泡組成，這些水下的小泡泡很不穩(wěn)定，會(huì)不斷破滅一點(diǎn)點(diǎn)沖擊表面，將表面的材料剝蝕，這就是著名的“空蝕”。如果你看到水中取出的螺旋槳或水翼上面好像被狗啃了，出現(xiàn)不規(guī)則的麻子和破損，就可以很專業(yè)地說(shuō)空化很嚴(yán)重啊。
代表空化程度的最權(quán)威參數(shù)是空化數(shù)，空化數(shù)越小代表越容易空化。
空化數(shù)=（環(huán)境壓強(qiáng)-水燒開的壓強(qiáng)）/（1/2*速度平方*密度）
如果環(huán)境壓強(qiáng)等于水燒開的壓強(qiáng)，空化數(shù)=0，水完全空化就是沸騰。
如果環(huán)境壓強(qiáng)大于水燒開的壓強(qiáng)，空化數(shù)>0，水不會(huì)沸騰，但是會(huì)局部空化。
環(huán)境壓強(qiáng)越低、物體運(yùn)動(dòng)速度越快空化數(shù)越小，空化的情況越嚴(yán)重。
展開 
五十六、Fluent空化模型理論
wx_fmt=png" width="572"></p><p><br></p><p><br></p><p>Zwart-Gerber-Belamri model：多相流模型可選擇 mixture 和Eulerian</p><p><br></p><p>Schnerr and Sauer model：默認(rèn)的空化模型，多相流模型可選擇 mixture 和Eulerian</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyicx0PVj68NGNYRDdalWW2icLc8OJHNDEnqAnZDbAEv7DYrhFpnKg8knu6Xrxrz1maZIBtwwFvQU0vw/640?wx_fmt=png" width="452"></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>2. 空化模型的特點(diǎn)</strong></p><p><br></p><p>特點(diǎn)1：系統(tǒng)必須包含液相和氣相，液相和氣相之間發(fā)生傳質(zhì)。在空化模型中，同時(shí)考慮了氣泡的形成（蒸發(fā)）和坍塌（凝結(jié)）。</p><p><br></p><p>特點(diǎn)2：對(duì)于空化模型，F(xiàn)luent定義從液體到蒸汽的傳質(zhì)為正值。由于fluent提供的空化公式按照這種方式定義傳質(zhì)的正負(fù)，因此空化模型的傳質(zhì)必須從液相到氣相。</p><p><br></p><p>特點(diǎn)3：空化模型是基于Rayleigh-Plesset 方程，描述了液體中單個(gè)蒸汽氣泡的生長(zhǎng)。</p><p><br></p><p>特點(diǎn)4：Singhal et al.引入了不可凝氣體，假設(shè)不可凝氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是已知常數(shù)。Singhal et al模型要求主相為液體，次相為蒸汽，只適用于mixture模型；Singhal et al.模型只能用于單一的空化過(guò)程。
展開 射流抑制水翼/螺旋槳梢渦空化研究
本研究面向水翼/螺旋槳梢渦空化抑制的實(shí)際工程需求，聚焦于共性技術(shù)和基礎(chǔ)原理探索，為我們與海軍工程大學(xué)合作完成。
論文以 NACA0012型橢圓水翼為研究對(duì)象，對(duì)全濕流和空化流工況下的水翼梢渦流場(chǎng)進(jìn)行了研究，并重點(diǎn)分析了主動(dòng)射流位置、角度及速度對(duì)橢圓水翼升阻力系數(shù)、梢渦流場(chǎng)演化以及梢渦空泡結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響。
▲ 橢圓水翼幾何及射流開口位置
什么是梢渦空化？
空化，是局部區(qū)域內(nèi)流體壓力低于飽和蒸汽壓時(shí)，液體由液相向氣相轉(zhuǎn)變的過(guò)程。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，空化可分為游移空化、片空化、云空化、渦空化和超空化等。
梢渦空化（Tip Vortex Cavitation, TVC），是渦空化的一種，該空化現(xiàn)象常見于螺旋槳、橢圓水翼等易產(chǎn)生梢渦的設(shè)備之上。
▲ 試驗(yàn)時(shí)水翼梢渦空泡結(jié)構(gòu)
主動(dòng)射流什么鬼？
主動(dòng)射流是流動(dòng)控制方法的一種，該方法的主要思路是將質(zhì)量以及動(dòng)量引入流場(chǎng)來(lái)干擾流動(dòng)，通常是向空化區(qū)域附近流場(chǎng)噴射水、空氣、難溶氣體或其他抑制空化產(chǎn)生的聚合物等來(lái)改善其流動(dòng)條件從而達(dá)到控制空化的目的。
該方法可通過(guò)在螺旋槳等設(shè)備內(nèi)部布設(shè)流道并在表面開設(shè)射流孔，從而實(shí)現(xiàn)向局部流場(chǎng)內(nèi)噴射高速流體進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空化抑制效果。
▲ 螺旋槳中布置的主動(dòng)射流流道
經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，主動(dòng)射流可以有效降低梢渦空化的發(fā)展長(zhǎng)度。但是，其內(nèi)部的流動(dòng)機(jī)理和作用機(jī)制還不甚清晰，因此進(jìn)行主動(dòng)射流對(duì)水翼梢渦及其空化抑制作用的模擬工作，探究主動(dòng)射流對(duì)空泡抑制作用的機(jī)理具有非常重要的理論和實(shí)際意義。
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超聲空化是一種重要的物理機(jī)理。超聲空化是指液體介質(zhì)中的微小氣泡核在強(qiáng)超聲波的作用下,氣泡體積經(jīng)歷生長(zhǎng)振蕩而最終迅速崩潰的過(guò)程。在超聲空化氣泡的崩潰過(guò)程中,會(huì)在非常有限的體積內(nèi)瞬間產(chǎn)生巨大的壓力梯度和溫度梯度,從而引發(fā)系列的化學(xué)、物理和生物等效應(yīng),如對(duì)金屬表面的腐蝕,光脈沖輻射的產(chǎn)生,化學(xué)反應(yīng)速率的加快,生物組織結(jié)構(gòu)的改變等。超聲空化過(guò)程是眾多空化氣泡的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,對(duì)單一空化氣泡的動(dòng)態(tài)過(guò)程研究不僅是研究多個(gè)氣泡空化的起點(diǎn),而且是研究系列超聲空化現(xiàn)象的基礎(chǔ)。
其主要的控制方程如下：
本模型調(diào)用系數(shù)型邊界偏微分方程和動(dòng)網(wǎng)格，展示了氣泡在超聲空化過(guò)程中的變化：
兩個(gè)周期振蕩過(guò)程中，氣泡的半徑與初始半徑比值的動(dòng)態(tài)變化。
這是氣泡動(dòng)能的變化 ，相比較，隨著振動(dòng)周期，氣泡動(dòng)能也在增加。
有興趣的可以加我，交流模型。
展開 使用 CFD 仿真預(yù)測(cè)流體空化，進(jìn)行精確的全尺寸螺旋槳仿真（免費(fèi)領(lǐng)文檔）
預(yù)測(cè)和減少流體空化對(duì)于很多工業(yè)應(yīng)用都至關(guān)重要，包括船舶推進(jìn)器。計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 可以用于預(yù)測(cè)流體空化并在設(shè)計(jì)流程早期探索備選設(shè)計(jì)。本白皮書探討船舶推進(jìn)器空化仿真的重要方面。它評(píng)估準(zhǔn)確仿真潛在錯(cuò)誤的相對(duì)影響、如何降低其影響以及在比例模型物理測(cè)試過(guò)程中模擬全尺寸推進(jìn)器的優(yōu)勢(shì)所在。
使用 CFD 仿真預(yù)測(cè)流體空化并降低其影響
空化是由流體壓力驟降引起的，這樣液體就會(huì)產(chǎn)生相變和氣泡。許多液體流動(dòng)時(shí)都會(huì)發(fā)生這一現(xiàn)象，尤其是在泵、閥門和推進(jìn)器之類旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。流體空化會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)、噪聲和腐蝕，并因而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)磨損和損壞。在船舶應(yīng)用中，推進(jìn)器空化會(huì)降低推進(jìn)效率并對(duì)船體和推進(jìn)器葉片造成腐蝕。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是否會(huì)發(fā)生空化、在推進(jìn)器的哪個(gè)部位發(fā)生、確保減少推進(jìn)器設(shè)計(jì)次數(shù)或盡可能防止流體空化，都至關(guān)重要。
借助計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 進(jìn)行多相建模，對(duì)于理解空化而言是不可或缺的工具。對(duì)于比例推進(jìn)器模型進(jìn)行的物理測(cè)試用途有限，因?yàn)轭A(yù)測(cè)和真實(shí)世界的全尺寸操作條件之間存在差異。CFD 可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)空化并迅速用于多種設(shè)計(jì)研究。
了解如何執(zhí)行準(zhǔn)確的空化仿真
通過(guò) Simcenter STAR-CCM+ 之類 CFD 代碼中的通用空化模型，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)船舶推進(jìn)器的空化。本白皮書詳細(xì)探討運(yùn)行空化仿真過(guò)程中可能遇到的難題。了解如何評(píng)估以下對(duì)象：
湍流模型
柵格解析度
推進(jìn)器幾何形狀
尺度效應(yīng)
對(duì)于空化仿真結(jié)果的影響。本白皮書囊括了 SVA Potsdam 公司的 CFD 仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。
借助船舶 CFD 仿真推動(dòng)船舶設(shè)計(jì)流程
我們堅(jiān)信，全面的數(shù)字孿生對(duì)于船舶創(chuàng)新的未來(lái)和效率至關(guān)重要。我們的仿真和測(cè)試工具產(chǎn)品組合靈活、開放、可擴(kuò)展，并且可以在船舶設(shè)計(jì)流程的每一步提供支持輔助。
展開 仿真案例｜葉片泵空化流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)
2D模擬已經(jīng)顯示出很好的物理效應(yīng)，如靜液壓泵的空化限制吸入流動(dòng)。在2D CFD模擬和1D模型計(jì)算中的另一個(gè)觀察結(jié)果與實(shí)際生活很好地吻合：氣泡和空腔的形成，在空化通過(guò)泵的產(chǎn)量的限制表現(xiàn)出來(lái)之前。這正好標(biāo)志著封裝過(guò)程的最后一個(gè)階段。在位移室中，空化的第一次發(fā)生在較早的時(shí)間。當(dāng)每個(gè)細(xì)胞體積膨脹減速時(shí)，空穴開始消失，葉片細(xì)胞完全充滿液體。直到泵的速度變得非常高，封裝才會(huì)不完全。這與實(shí)驗(yàn)室的觀測(cè)結(jié)果很吻合，即空化的第一個(gè)特征是聲學(xué)特征。對(duì)質(zhì)量輸運(yùn)的限制作用在很久以后才變得明顯。
關(guān)于靜液壓泵的設(shè)計(jì)，目標(biāo)可以是非常不同的。在軸向或徑向柱塞泵中，需要在排量室中形成腔體，在一定閾值以上，它產(chǎn)生與泵速度無(wú)關(guān)的泵流量，而不需要電流調(diào)節(jié)閥。在葉片泵的情況下，空化的限流效應(yīng)通常發(fā)生在低于所需的泵速水平，并且伴隨著有害的效應(yīng)。因此，確定限流效果明顯的臨界泵速是十分必要的。等式（8）中壓力p0（即吸氣頭）的出現(xiàn)表明吸氣通道內(nèi)的壓力分布是影響吸氣通道內(nèi)壓力分布的主要因素。因此，壓力損失必須最小化。然而，對(duì)1D模型的分析也表明，吸氣通道內(nèi)壓力損失的最小化不能平衡葉片單元幾何形狀的奇怪設(shè)計(jì)。
在未來(lái)，從2D到3D CFD這一步是非常必要的。在一個(gè)更大的背景下，從填充率的問(wèn)題來(lái)看3D的例子是一個(gè)主要的發(fā)現(xiàn)。例如，它允許在穩(wěn)態(tài)抽吸通道流動(dòng)模擬中控制邊界條件的有效性。第5節(jié)中概述的網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)方法也可以應(yīng)用于3D案例，只要我們具有基于圓環(huán)輪廓的解析描述的位移單元的理想化幾何形狀。定子幾何形狀（吸氣和壓力通道和端口）必須從CAD數(shù)據(jù)中獲取。用“MAP”算法可以很容易地對(duì)位移單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對(duì)于相當(dāng)復(fù)雜的定子幾何形狀，四面體網(wǎng)格是唯一合適的選擇。面臨的挑戰(zhàn)是找到一種折衷的解決方案，以避免以下幾個(gè)問(wèn)題：網(wǎng)格單元總量過(guò)大、非共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格交界面附近單元質(zhì)量不匹配以及人為泄漏過(guò)大。
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——VOF空化
1、
問(wèn)題描述
本案例演示如何在STAR-CCM+ 中設(shè)置空化問(wèn)題。它模擬水的二維強(qiáng)制流體在大氣壓下流過(guò)噴嘴，然后進(jìn)入注滿空氣的腔室。噴嘴寬度約1 mm。相關(guān)幾何體左側(cè)邊界的規(guī)定壓力為 5 x 10^7Pa，而右側(cè)邊界處于大氣壓力下。底部的邊界是一個(gè)對(duì)稱平面，并且所有其他邊界都是實(shí)心壁面。最初，左腔室注滿水，而求解域的其余部分則注滿空氣。使用默認(rèn)的K-Epsilon 模型為湍流建模。窄噴嘴入口處的尖角與流體加速結(jié)合產(chǎn)生一個(gè)可發(fā)生空化的低壓區(qū)域。
2、
STAR-CCM+設(shè)置
（1）設(shè)置物理屬性；在該模擬中，流體是湍流且問(wèn)題涉及多相流體和空化。此次分析需要三種流體（空氣、水和水蒸氣）。但是由于這些流體占據(jù)相同的域，所以僅需要一個(gè)連續(xù)體和一個(gè)區(qū)域即可設(shè)置模擬。設(shè)置物理屬性如下：
（2）設(shè)置材料特性；在Models > Eulerian Multiphase > Eulerian Phases節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建H2O、AIR、H2O(G)三個(gè)相。
（3）定義相間相互作用；要建模空化，需使用VOF 多相交互作用模型和 Schnerr-Sauer 空化模型。右鍵Models> Multiphase Interaction > Phase Interactions，新建相間相互作用，選擇VOF-VOFPhase Interaction和Schnerr-Sauer兩個(gè)模型。
（4）設(shè)置初始條件；連續(xù)體中的兩個(gè)初生流體空間分布的初始條件是：只在左腔室中注入水，在右腔室和通道內(nèi)注入空氣。指定這種分布的便捷方法是創(chuàng)建并使用場(chǎng)函數(shù)。
展開 #253 FLUENT案例-離心泵固液兩相流和空化仿真
一、模型情況
如下圖所示的離心泵，模擬內(nèi)流場(chǎng)和空化效應(yīng)。
二、網(wǎng)格情況
作為演示，使用簡(jiǎn)單的全局非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。全局和局部網(wǎng)格情況如下。
三、固液兩相流仿真基本設(shè)置
1.穩(wěn)態(tài)計(jì)算
固液兩相時(shí)，考慮重力。
作空化仿真時(shí)，不用考慮。
2.設(shè)置湍流模型
使用標(biāo)準(zhǔn)KE湍流模型。
3.設(shè)置兩相材料
此處設(shè)置為水和作為擬流體的沙。
4.使用歐拉兩相流模型
并將上述兩相材質(zhì)分別賦到兩相成分上。
5.設(shè)置動(dòng)域轉(zhuǎn)速320r/min
6.設(shè)置葉片轉(zhuǎn)速
使用相對(duì)速度，相對(duì)所在域的轉(zhuǎn)速為0r/min.
7.設(shè)置入口條件
8.設(shè)置出口條件
9.設(shè)置交界面
10.初始化后開始計(jì)算
11.空化仿真基本設(shè)置
進(jìn)行空化仿真時(shí)，多相流模型需要使用Mixture模型；
需要添加氣相材料。并定義液相到氣相的空化效應(yīng)；
四、基本結(jié)果
1.兩相流仿真結(jié)果
2.空化仿真結(jié)果
氣相分布圖
展開 
2025大賽優(yōu)秀作品 | 基于Ansys Fluent的電子膨脹閥空化特性數(shù)值與實(shí)驗(yàn)研究
本研究通過(guò) Ansys Fluent 數(shù)值分析，探究不同開度下制冷劑進(jìn)入閥內(nèi)的空化特性，以闡明電子膨脹閥流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲的產(chǎn)生原因。為此設(shè)計(jì)了帶閥芯凹槽結(jié)構(gòu)的電子膨脹閥，并對(duì)閥門流動(dòng)噪聲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析。結(jié)果表明：隨閥開度增大，制冷劑流量、氣相比例和湍動(dòng)能均減小；相同工況下，優(yōu)化模型的最大噪聲水平較原模型降低 10.3%，顯著低于原模型的最大峰值。
挑戰(zhàn)/需求
作者所在機(jī)構(gòu)希望通過(guò)仿真工具探究電子膨脹閥不同開度下制冷劑的空化特性，靈活更改閥開度及閥芯結(jié)構(gòu)，模擬開度和結(jié)構(gòu)變化后空化現(xiàn)象、流量、氣相比例、湍動(dòng)能及流動(dòng)噪聲的變化；仿真結(jié)果需與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近，從而為電子膨脹閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和降噪設(shè)計(jì)節(jié)約時(shí)間與成本。
使用工具
Ansys Fluent
最終成果
優(yōu)化設(shè)計(jì)的電子膨脹閥閥針造型，可以使電子膨脹閥工作過(guò)程中最大噪聲水平顯著降低
該研究利用 Ansys Fluent 完成了不同開度下電子膨脹閥內(nèi)制冷劑空化特性的數(shù)值模擬，結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，明確了開度對(duì)流量、氣相比例、湍動(dòng)能及噪聲的影響規(guī)律；設(shè)計(jì)出帶閥芯凹槽的優(yōu)化模型，其最大噪聲水平較原模型降低 10.3%，獲得了空化與噪聲關(guān)聯(lián)的可靠數(shù)據(jù)，為電子膨脹閥降噪設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
參賽作品一覽
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——VOF空化
1、
問(wèn)題描述
本案例演示如何在STAR-CCM+ 中設(shè)置空化問(wèn)題。它模擬水的二維強(qiáng)制流體在大氣壓下流過(guò)噴嘴，然后進(jìn)入注滿空氣的腔室。噴嘴寬度約1 mm。相關(guān)幾何體左側(cè)邊界的規(guī)定壓力為 5 x 10^7Pa，而右側(cè)邊界處于大氣壓力下。底部的邊界是一個(gè)對(duì)稱平面，并且所有其他邊界都是實(shí)心壁面。最初，左腔室注滿水，而求解域的其余部分則注滿空氣。使用默認(rèn)的K-Epsilon 模型為湍流建模。窄噴嘴入口處的尖角與流體加速結(jié)合產(chǎn)生一個(gè)可發(fā)生空化的低壓區(qū)域。
2、
STAR-CCM+設(shè)置
（1）設(shè)置物理屬性；在該模擬中，流體是湍流且問(wèn)題涉及多相流體和空化。此次分析需要三種流體（空氣、水和水蒸氣）。但是由于這些流體占據(jù)相同的域，所以僅需要一個(gè)連續(xù)體和一個(gè)區(qū)域即可設(shè)置模擬。設(shè)置物理屬性如下：
（2）設(shè)置材料特性；在Models > Eulerian Multiphase > Eulerian Phases節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建H2O、AIR、H2O(G)三個(gè)相。
（3）定義相間相互作用；要建模空化，需使用VOF 多相交互作用模型和 Schnerr-Sauer 空化模型。右鍵Models> Multiphase Interaction > Phase Interactions，新建相間相互作用，選擇VOF-VOFPhase Interaction和Schnerr-Sauer兩個(gè)模型。
（4）設(shè)置初始條件；連續(xù)體中的兩個(gè)初生流體空間分布的初始條件是：只在左腔室中注入水，在右腔室和通道內(nèi)注入空氣。指定這種分布的便捷方法是創(chuàng)建并使用場(chǎng)函數(shù)。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | 基于Actran的螺旋槳非空化噪聲仿真研究
該結(jié)果表明，使用Actran與流體結(jié)果的混合方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)螺旋槳的非空化噪聲。
圖5 不同頻率下螺旋槳縱向剖面的聲壓云圖
注：此內(nèi)容來(lái)自海克斯康工業(yè)軟件2023年用戶峰會(huì)投稿論文：《均勻來(lái)流下螺旋槳的非空化噪聲預(yù)報(bào)》，作者：徐龍龍、葉栗栗、王獻(xiàn)忠，武漢理工大學(xué)。
【CFD教程】水中翼型空化現(xiàn)象模擬
下一步保持默認(rèn)，質(zhì)量傳遞類型選空化，水蒸氣飽和壓力為3170，成核體積分?jǐn)?shù)設(shè)為5e-04，這個(gè)是經(jīng)驗(yàn)值，水泵空化問(wèn)題常用。
